Установка для микросварки

 

ОП ИСА

ИЗОВРЕТ

Союз Советских

Социалистических республик

)610841

Н АВТОРСКОМУ СВИД (61) Дополнительное к авт. свад (22) ЗаЯвлено 10.06..76(И)237 е присоединением.заявки Ю (23) Приоритет (43) Опубликовано 15.06.783ао (45) Дата опубликования опнса

М. Кл.

В 23 К 19/04

Гасударственный камнтат

Саватв Мнннстрав СССР на делам нзаарвтнннй н аткрмтнй

УДК 621.7913

: 16.03(088.8) (Ò2) Авторы изобретения

A. Ф. Скпяров, А. И. Мазур н А. П. Рмжов (71) Заявитель (54) УСТАНОВКА ДЛЯ МИКРОСВАРКИ

Изобретение относится к оборудованию для микросварки, используемому, в частности, в производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Известна установка для микросварки, содержащая корпус, ультразвуковой генератор, преобразователь, сварочный инструмент и рабочий стол с механизмом качания !).

Недостатками известной установки является то, что она не обеспечивает возможности приварки большого количества выводов, расположенных по одной прямой.

Целью изобретения является повы иение производительности и надежности за счет обеспечения последовательной приварки нескольких выводов, расположенных по одной прямой, одним сварочным инструментом. )5

Это достигается тем, что предлагаемая уста- новка снабжена пьезоэлементом для упругого деформирования сварочного инструмента, который выполнен в виде упругогО стержня, одним концом закрепленного на преобразователе, а другим — - связанного с пьезоэлементом, при этом плоскость минимальной жесткости сварочного инструмента перпендикулярна поверхности рабочего стола, плоскость максимальной аесткосги параллельна ей, преобразователь установлен с возможностью ввода ульт- щ

2 развуковых колебаний в плоскость максимальной жесткости сварочного инструмента, а пьезоэлемент смонтирован в корпусе с возможностью установочного возвратно-поступательно.

ro перемещения вдоль продольной оси сварочного инструмента, которая,в свою очередь, наклонена к поверхности рабочего стола.

На фиг. I изображена предлагаемая установка, общий вид; на фиг. 2 — вид по стрелке А на фиг. ); на фиг. 3 — сварочный инструмент, сечение по Б — Б на фиг. 2; на фиг. 4— вариант исполнения сварочного инструмента; на фиг. 5 — схема деформации упругого стержня при наличии линейного ограничения и схема разложения реакции ограничивающей поверхности на составляющие. . Установка содержит корпус 1, рабочий стол

2, на котором расположена контактная площадка 3 с выводами 4, расположенными по однои прямой;.сварочный инструмент 5, выполненный в виде упругого стержня и жестко закрепленный одним концом в преобразователе б, подключенном к ультразвуковому генератору 7, а другим концом в шайбу пьезоэлемента

8, состоящего из соединенных между собой (например, при помощи диффузионной сварки) дисков из пьезоматериала (например пьезокера мики ЦТС) . Пьезоэлемент расположен на

610641 з каретке 9, закрепленной на пружинных направляющих. Каретка 9 имеет возможность возвратно-поступательного перемещения при воздействии на нее винтового упора 10.

Механизм качания рабочего сииа содержит упругие мембраны ll e ееаклееииьгми «а них пьезокерамическими кольцами 12 с нанесенными на них с обеих сторон контактными площадками, к которым подведено электрическое напряжение. Мембраны 11 закреплены, например, при помощи фланцев 13 к корпусу 1..

Центры противоположно рас(еоложенных мембран соединены упругими элементами 14. выполненными в виде плоских н1еужии. Средние точки пружин соединены жест с рабочим сюлам при помощи элементов 15

Контактные площадки пьезокерамичесиеех колец 12 соединены с источииееом 16 питания.

Для KGHTpoJIII. Величины сварочного усилия нз упругих элементах 14 закреплены датчики 17, . прокалиброванные по зависимости усилие-де1 формация и соединенные электрически с блоком 18 сравнения.

Для контроля деформации сварочного инструмента служит датчик 19, ееаиреемер теизодатчик, соединенный электрически таике с бло-low 18 сравнения. Сварочный инструмент 5 имеет со стороны, обращенной к контактной площадке, жестко пкреплеееиий с ним элемент 20, непосредственно сваривающий конгактные площадки еезделеи с выводами.

На рабочий стол 2 укладывается и крепится площадка 3 с выводами 4. При этом выводы на

e-IIoáîäHèõ концах придавливаются прижимом (на чертежах не показан).

Нв пьезокерамические кольца 12 упругих мембран 11 подается электрическое напряже- ние, что приводит к радиальной деформации упругих мембран, вследствие чего мембраны выпучиваеотся в направлении друг,к другу, преобразуя малые радиальные деформации колец

12 в увеличенные перемещения центров„ и, в свою очередь, деформируют упругие элементы 14. Последние, деформируясь по форме полуволны инусоиды, преобразуют перемещеIIIe центров мембран в увеличенные перемещения средних "î÷åê, и таким образом, рабочего стола 2. Рабочий стол 2 поднимается на определенную величину (8 зависимости от величины напряжения, подаваемого на контакты пьезокерамических колец 12) до соприкосновения в точке а со сварочным инструментом 5, пред;зрительноо сдеформированным посредством винта 10 по форме полуволны синусоиды (т..е. до потери прямолинейной формы устойчивости).

П р I 3 TOM и родольее а я Qcb ипструме нта 5 обра зует некоторый угол а, отличный от нуля, с плоскостью рабочего стола 2 (обычно 2:40 ).

Далее на пьезоэлемент 8 подается импульс напряжения от. источника 16, вследствие чего на сварочный инструмент 5 воздействует дополнительное усилие, создаваемое пьезоэлементом

8 отчего сварочный инструмент 5 дополнительно деформируется таким образом, что из 2-ой .формы 21 устойчивости (форма полуволны синусоиды) переходит в третью форму 22 устойчивости в виде двух полуволн, при этом точка а контакта с ограничивающей плоскостью (т. е.

Д с верхней .плоскостью контактной плоц1адки, закрепленной на рабочем столе) перемещается непрерывно вдоль прямой по выводам цо точки б. Зкспериментальеео установлено, что перемещение и точки касания функционально связаs но с перемещением, создаваемым пьезоэлементом 8, при этом передаточное отношение составляет величину порядка ЗО-:40, Следовательно, сварочный инструмент 5 выполняет функцию упругого множительного механизма, преобразуя малые перемещения заделки в увеличен ие ные перемещения (в 30- 40 раз) точки касания инструмента е контактной площадкой. Наличие угла к необходимо для возникновения горизоеетальиой составляющей реакции со стороны контактной площадки, чем и обеспечива ется перемещение волны в направлении переме. щения правой по чертежу заделки. В случае наличия угла ее. обратного знака процесс волнообразного распространения деформаичее будет осуществляться навстречу движению заделки сварочного инструмента.

Ф Следовательно, имеет место распространение упругой волны. В процессе, волнообразной деформации сварочного инструмента 5 в плоскости максимальной жесткости последнего, параллельной контактной площадке, подводится посредством преобразователя 6 ультразвук. Таким образом, сварочный инструмент 5 одновре. менно создает необходимое сварочное усилие, деформируясь в процессе воздействия на него продольной нагрузки, создаваемой пьезоэле-. ментом 8, и передает ультразвуковые колебания у контактной площадке, в результате чего образуется сварное соединене1е.

При переходе точки касания рабочего инструмента в точку б (т. е. после прохождения участки расположения выводов) тееезодатчик

19, откалиброванный- по функциональной за висимости от степени деформации последнего, а следовательно, от величины пробега очки ка-сания,.выдает команду, поступающую-в блок

18 сравнения, где последняя сравнивается с заданной величиной. С блока сравнения при этом поступает сигнал на источник 16 питания, откуда подается на пьезоэлементы 8 напряжение обратного знака, отчего пьезоэлемент 8 уменьшается в геометрических размерах, и, следовательно, уменьшает величину продольной нагрузки до начальной; При этом. осуществляется об-p$ ратный волнообразный процесс деформации yupvIor0 стержня 5, а точка касания последнего с контактной поверхностью возвращается в точку а. При. необходимости возможно осуществление повторного процесса сварки. Если такая необходимость отсутствует, то при обратном @ ходе волнообразной деформации УЗ генератор отключается.

Наличие обратной связи, осуществляемой посредством теизодатчика 19, необходимо и по1 тому что в случае перехода точки касания волнообразного упругого стержня с контак гной плоскостью за положение б, сварочный инструмент теряет форму устойчивости и скачкообразно переходит в положение 23, т. е. в положение долуволны синусоиды, как наиболее устой69 чивое положение, но с поперечными прогиба61064l ми обратного знака, что нежелательно, так как требует дополнительного времени иа подстройки нругой системы. арактерной особенностью работы сварочного инструмента 5 является увеличение сварочного давления по мере перемещения точки касания из положения а в положение б, Поэтому это свопство позволяет реализовать приварку более широких выводов к более широким конгактным площадкам в конце участка в, нежели в начале последнего, т. е. осущест- о влять сварку постепенно увеличивающихся по ширине элементов. В случае наличия одинаковых по ширине свариваемых элементов, с целью сохранения одинакового сварочного усилия при превышении последнего в конце участка в, тензодатчики 17 выдадут сигнал, который подается в блок \8 сравнения. Из блока сравнения поступает команда на источник 16 питания, который уменьшает величину напряжения, подаваемого на кольца- 12 упругих мембран 11, отчего их прогиб уменьшается, а, следовательно, рабочий стол 2, осуществляет перемещение вниз до тех пор, пока сварочное усилие не достигнет заданной величины. Процесс корректировки величины сварочного давления осуществляется н в случае наличия величины сварочного усилия, меньше заданной. Тогда стол 2 поднимается. Так как в приводе рабочего стола 2 и s приводе сварочного инструмента Ь отсутствуют кннематические пары с внешним трением, то приводы обладают малой инерционностью, что позволяет е высокой скоростью

«отслеживать» процесс сварки и корректировать его в случае надобности; что обеспечивает высокое качество соединений. Следователь- . но, процесс сварки большого ксаичества выводов к контактным площадкам может быть осуществлен в очень короткое время, и, .таким образом, с бьльшой производнтельпостью.

При необходимости выполнения приварки каждого вывода к контактной площадке в нескольких точках количество элементов 20 на упругом стержне 5 может быть увеличено. Например, возможно многорядное расположение 4е элементов 20. При реализации конструкции необходнмо, чтобы напряжение в чнтерннлс как в элементе 20, так и в стержне 5 нс превышало предела пропорциональности, что достигается подбором геометрических размеров и материала, Таким образом исключаются пластические деформации в сварочном инструменте.

Формула изобретения

I. Установка для микросварки, содержащая корпус, ультразвуковой генератор, преобразователь, сварочный инструмент и рабочий стол с механизмом качания, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности н иа. дежности за счет обеспечения последовательной приварки нескольких выводов, расположенных по одной прямой, одним сварочным инструментом, установка снабжена пьезоэлементом для упругого деформирования сварочного инструмента, который выполнен в виде упругого стержня; одним концом закрепленного на преобразователе, а другим связанного с пьезоэлементом, при этом плоскость минимальной жесткости сварочного инструмента перпендикулярна поверхности рабочего стола, плоскость максимальной жесткости параллельна ей, преобразователь установлен с возможностью ввода ультразвуковых колебаний в плоскость максимальной жесткости сварочного инструмента, а пьезоэлемент смонтирован в корпусе с возможностью установочного возвратно-по. ступательного перемещения вдоль продольной оси сварочного инструмента.

2. Устаунвка по и. 1, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения деформации упругого стержня только в направлении к поверхности рабочего стола, продольная ось упругого стержня наклонена к поверхности рабочего стола, Йсточыики информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР J4 Ы9302, кл. В 23 К 19/04, 11.06.74.

Редактор Л. Василькова

Заказ 306 l/8

Составитель Н. Тютченкова

Техред О. Луговая Корректор Н. Тупица

Тираж 1263 Подписное

QHHHllH Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий

l)3035, Москва, Ж-35, Раушская наб. д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4